良好的振动低能激光在半导体材料中诱导原子激发

半导体是下一代技术的基石，因此激发半导体材料中原子的新方法也可能会激发广泛的研究人员和行业的兴趣。

通过利用强宽带超快太赫兹脉冲，横滨国立大学的科学家和加州理工学院的同事展示了二维半导体材料中的原子激发，推动了电子设备的发展。

他们的论文于 3 月 19 日发表，并作为编辑推荐出现在《应用物理快报》杂志上。

二维(2D)材料或片状纳米材料由于其独特的电子特性而成为未来半导体应用的有前途的平台。过渡金属二硫族化物 (TMD) 是一类重要的二维材料，由夹在硫族原子层之间的过渡金属原子层组成。

这些原子排列在晶格结构中，可以围绕其平衡位置振动或振荡——这种集体激发被称为相干声子，在确定和控制材料特性方面发挥着至关重要的作用。

传统上，相干声子是由可见光和近红外区域的超短脉冲激光诱导的。使用其他光源的方法仍然有限。

横滨国立大学工程科学研究生院助理教授 Satoshi Kusaba 表示：“我们的研究解决了超快太赫兹频率激光(或低能光子)如何在 TMD 材料中诱导相干声子的基本问题。”该研究的作者。

太赫兹辐射是指频率在太赫兹范围内、介于微波和红外频率之间的电磁波。研究小组准备了超快宽带太赫兹脉冲，以在称为 WSe 2的 TMD 薄膜中诱导相干声子动力学。

安排了精确而灵敏的装置来检测光学各向异性，换句话说，就是光穿过材料时的行为方式。研究人员研究了超短激光脉冲与材料相互作用时电场方向的变化。这些变化称为偏振旋转。

通过仔细观察微小的诱导光学各向异性，研究小组成功检测到太赫兹脉冲诱导的声子信号。

“我们研究中最重要的发现是，太赫兹激励可以通过独特的和频激励过程在 TMD 中诱导相干声子，”博士生 Haw-Wei Lin 说。研究时加州理工学院的候选人，也是本研究的共同第一作者。

“这种机制与共振和线性吸收过程有根本的不同，它涉及与声子模式匹配的两个太赫兹光子的组合能量。”

由于通过这种和频过程激发的声子模式的对称性与更典型的共振线性过程完全不同，因此本研究中成功使用的激发过程对于完全控制材料中的原子运动非常重要。该研究结果的影响超出了基础研究范围，为各种现实世界的应用带来了希望。

“通过和频激发过程，我们可以使用太赫兹激发来连贯地控制二维原子位置，”库萨巴说。 “这可能为控制 TMD 的电子状态打开大门，这对于使用 TMD 实现低功耗、高速计算和专用光源的谷电子学和电子设备的开发来说是有希望的。”

其他贡献者包括横滨国立大学的 Ryo Tamaki、Ikufumi Katayama 和 Jun Takada;加州理工学院的杰弗里·A·布莱克 (Geoffrey A. Blake)。